,………………、 i纪念世界气象日i ~…t…‘….…‘tI‘- 天气和气候极端事件的变化及其 与全球变暖的联系 纪念2002年世界气象曰“减低对天气 和气候极端事件的脆弱性” 丁一汇张锦 宋亚芳 1o('1o81) (国家气候中心,北京提 要 2002年3月23日世界气象目的主题是“减低天气和气候极端事件的脆弱性”。 针对这个主题,作者对以下四方面问题作了阐述:(1)天气与气候极端事件以及脆弱 性的定义;(2)近百年来全球天气与气候极端事件的变化及其与全球气候变化的关 系;(3)未来天气与气候极端事件及其影响的预测;(4)天气与气候极端事件的适应与 减缓对策。由于篇幅有限,未介绍中国在这方面的研究。 关键词: 极端天气与气候事件脆弱性全球气候变化 适应和减缓对策 1什么是天气和气候极端事件? 根据政府问气候变化专门委员会 (1Pcc)第三次评估报告” .极端天气事件是 指某一地点或地区从统计分布的观点看不常 或极少发生的天气事件 对于“不常”或“极 少”发生的定义并不一致,如用累积分布函数 表示,一般认为其发生的概率是相当于或小 于第10(或大于第90)百分位数。根据这种 定义,极端天气事件的特征因地点而异 极 端气候事件是指某一时段许多天气事件的平 均状况是极端的(如一个季度的降水),这种 平均状况其本身既受到长时期该变量气候平 均值变化的影响,又受到方差变化的影响。 作为一个例子,图l说明平均温度增加(气候 变暖)和方差(对平均值离差的平方值)增加 对极端温度的影响。温度经常是呈正态分布 的,但这种正态分布表现出非定常性或不稳 定性.这是由平均值或方差的变化引起的,首 先,平均值的增加可以导致新的破纪录的高 温值(图1 a).但在这种情况下,变率并不发 生变化,由图1a可注意到,最冷和最暖温度 的范围并不变,只是整个正态分布向高温一 方移动,从而比原来平均气候条件下出现更 多的高温天气和破纪录的高温天气 如果平 均值不变,而变率增加,则使冷和热极端事件 的出现概率和绝对值都会增加(图1 b)。有 时气候平均值和变率都会发生变化(图1 c- ),这时可影响冷热极端事件发生的概率,即 在这个例子中,热事件将更频繁的发生,而冷 事件的出现将大大减少。平均值和方差都发 生变化,可有不同的组合,则导致的气候极端 事件出现的结果也不同。因而,即使已证实 极端天气或气候事件已发生了变化.如果不 进行专门的分析研究,一般情况下是难以确 定这种变化是由平均值或方差或两者共同造 成的。另外,平均值变化率的不确定性也给 确定方差变化带来困难,因为所有的方差统 计变量皆依赖于平均值 3—— 维普资讯 http://www.cqvip.com
气象第28卷第3期 料鼙群丑 片 平均 热 * 孽 群 田 平均 热 * 鞋 睇 电 圈1平均温度增加(a),方差增加(b)和两者皆增加 (c)对极端温度的影响的示意图 断线:从前的气候 实线:新的气候(取自IIK2C第一工作组 报告 ) 对于不能以正态分布表征的变量如降 水,情况要更复杂一些,尤其是对干旱气候, 例如平均总降水量发生变化的同时可伴有降 水频率的变化或分布形态的变化(包括其变 率)。所有这些变化皆能影响降水极值的各 个方面,包括降水强度。 目前对于天气和气候极端事件还没有统 或标准的分类。从时空尺度上考虑,对于 天气与气候极端事件可分为中小尺度和大尺 度两类。前者包括龙卷风、雷暴、雹暴、雷电、 强风、暴雨、风暴潮、沙尘暴等,这些极端天气 事件,其持续时间虽短,但破坏力极强,根据 WMO的资料,每年全世界造成的农业损失 约为2亿美元。在美国,平均一年困雷电导 致死亡的人数要比飓风、陆龙卷和冬季风造 成死亡的总数还要多。大尺度天气与气候极 端事件主要有热带气旋、中纬度风暴、季风、 热浪、低温冷害、暴风雪、干旱、厄尔尼诺/拉 尼娜等。这些极端事件往往可以在大范围地 区持续几天、数月或几个季节,对于广大地区 甚至半球或全球的社会一经济与环境带来巨 大的影响。据有关的统计资料表明 J,每年 约有25000人死于自然灾害,财产损失约为 500亿到1O00亿美元之间 1991年,9O%的 死亡人数是由水文气象灾害所致,其中干旱、 洪水和风暴引起的灾害数量大量增加,是造 成死亡的主要原因。亚洲是遭受灾害袭击最 频繁的地区 另外,也可以根据气象要素来划分天气 与气候极端事件的种类,最近IPCC第一工 作组(Scoping paper,2001,个人通信)建议, 把天气与气候极端事件分为四种:(1)最高、 最低温度,温度日较差,冷热期长度,热指数; (2)降水强度和频率,包括干旱和湿期;(3)热 带和温带气旋,包括强度、路径、频率、位置、 最大风速、最大可能强度、海表温度等,温带 气旋包括风暴路径、海平面气压梯度、风、水 位或风暴潮、浪高等;(4)雷暴和其它小尺度 天气现象,包括雷暴、龙卷及相关现象,如冰 雹、闪电、尘暴、水龙卷、倾盆大雨、冰雹、暴风 雪、云涌等。 脆弱性是指一个系统受天气或气候变化 (包括极端天气气候事件)有害作用的影响或 敏感程度,也可理解为一个系统不能克服或 抵御天气气候变化有害影响的程度。脆弱性 的大小取决于经受的天气与气候变化的特 征、量值和变化速率以及该系统的敏感性与 适应能力。因而,一个系统或地区脆弱性越 大则受天气与气候极端事件不利影响的程度 越大,所发生的灾害程度也越大。往往,这些 系统或地区的适应能力也比较弱。如何减少 脆弱性,增强其适应能力是减少天气与气候 灾害的主要途径 这正是2002年世界气象日 的主题 。 2近百年天气和气候极端事件的变化 天气与气候极端事件变化及其与全球气 候变化的关联的研究面临着两个主要难点: 是缺乏足够的资料,尤其是缺乏长时期时 空分辨率较高的资料序列。因为许多天气气 候极端事件的时空尺度都比较小;二是模式 维普资讯 http://www.cqvip.com
气象第28卷第3期 分辨的尺度与用于验证模式结果的资料的尺 度之间不匹配,前者较细,后者较粗。因而无 法确定由模式模拟或预测的极端事件的正确 性 目前关于极端事件的变化仍处于初步的 研究阶段。根据IDCC第一工作组第三次评 估报告 ,最主要的结果可概括为四个方 面(详见表1):(1)极端暖日的概率增加,同 时极端冷日概率减少;(2)夏季中纬大陆腹地 的干旱发生机会增加;(3)许多地区出现更强 的降水事件(如暴雨):(4)热带气旋最大风速 强度增加。该报告进一步指出即使E1 Nino 的振幅不变或变化甚小,全球变暖仍然可能 会导致干旱和暴雨具有更大的极端值,并在 许多地区增加El Nino事件发生时期旱涝出 现的风险 表1 20世纪天气和气候极端事件的变化 (材料取自IFO2报告.2(m1年) 极端事忭 观测到的变化 地表温度日较差 热日稿温天气 冷日嘴H 陆地从19543--2000年减少,夜间最低温度增加的速率比白天最高温度快一倍(可能) 增加(可能) 几乎所有陆地地区在20世纪出理减少现象(根可能) 大陆降水 暴雨事件 雪盖 HN1n。事件 麓 世纪 加 很可 胆在某些地厦出珊 蛆北非、西非 地中 嘴 在有此地 亚洲引 部丹 北半球中高纬地区增加(可能) 干旱频率和 度 矗 蕊 眚 ; 从1960年代卫星观测以来,观测到全球积雪面积减少r 10% 与过去100年相比.最近20~30年频率 强度和持续性皆呈上升趋势 *表1和表2给出 信度级别 、其分级为:真正确定的(机会大于99%);很可能(90%~99%机会),可能(66%~ 90%机台);中等可能(33%--66%);不可能(10%--33%机会);根不可能(1%~10%机会);特另4不可能(<1%机会) 3未来天气和气候极端事件及其影响的预 测 增加。夏季中纬大陆腹地将出现干旱化趋 势 这是由于温度增加和潜在蒸发增加共同 未来100年,天气和气候极端事件的预 测主要是根据气候模式做出的。在进行这种 预测之前,必须对过去的模拟结果与实况进 行比较,以确定其预测的信度或可靠性,同时 还应从物理上分析预测结果出现的可能性。 表2是未来100年天气和气候极端事件及其 影响的预测 1,6 J(参看IPCC WG1报告, 2001;IPCC综合报告,2.001年),可以看到, 在几乎所有的陆地地区,热El和高温天气都 增多,增加最明显的地区在土壤湿度减少的 地区。El最低温度也在几乎所有的陆地地区 表现出增加,并在冰雪退缩的地区较显著;霜 El和寒潮将减少,地表气温和地表绝对湿度 的增加使热指数增加(热指数是表征温度和 水汽共同作用的一个量)。地表气温的增加 也将造成“冷却度日”(某一天一旦温度超过 某一阚值所需的冷却量)增加。预测降水极 值将比平均值增加更大。降水事件的强度也 将增加 极端降水事件的频率几乎各处都将 作用的结果。后者的增加不能被降水的增加 所平衡。关于中纬度风暴强度、频率和变率 的未来变化各模式之间结果不一致。关于热 带气旋频率和形成地区的变化预测结果也很 不一致。但热带气旋的平均和最大降水强度 可能会有相当的增加。对于其它极端事件和 现象由于资料不足或模式预测的信度不高以 及了解甚少,难以作出肯定的预测,尤其是对 一些中小尺度的现象,如雷暴、龙卷、冰雹、闪 电等,不能在现代的全球模式中被模拟出来。 对于温带气旋在将来如何变化也没有充分的 分析结果 因而关于天气和气候极端事件的 预测是十分初步的。 关于极端事件的社会一经济与环境影响 是根据上述预测利用各种统计方法和有关模 式作出的。由于其准确性取决于后者的信 度,所以一般也仅作为一种参考。由表2可 以看到,温度极值的变化可能造成农作物增 加,牧业受损,需要更多的能源用于制冷,人 5 维普资讯 http://www.cqvip.com
气象第28卷第3期 类迁徙和由高温天气造成的死亡人数将增 加 如果霜日碱步,将使与寒冷有关的人类 迁徙减少,死亡减少,作物的玲害减少 现 在,从总体 还不能评估未来全球变暖对社 会一经济的发展是有利还是有害的,这有待 于进一步的深八研究 表2气候变率和气候极端事件及其影响的预测 (措IF'O.综音报器 2001年) _l 型塑墅 堡 墨堡型些基当堡塑里壁丝一 顶测的影响 对七龄^群和城市中的穷人带来更多的疾病和死亡 几乎所有的地 陆地蛀高温度【I升I更商 ,热日和高温 旅诉地点变动,许多作物受破坏的风险增加,制 所需 天 c更多【很I 能 的电力增加.能量供成的可靠性降低 几乎所有陆地地匹最低温腰IJI(更高 }々¨]、霜 手u寒 规更少(银町能1 寒冷有关的^类迂徙和死亡降低 许多作物受破坏 的风陵减少,但对另一些作物风险台增 l 病虫害和流 行瘸的活动时期会延杖,加热所需的能 减少 更强的降水事11:(许多地 呵能, 洪水、精坡、栊 流和雪崩破坏增加,土壤侵蚀增加 洪 水轻流能够使一些泛滥平原的禽水层更新增加 政府、 私人洪承探障系统丰"政策部门的压力增 作物产量减少 地面干裂和收缩引起的建筑物摹础 破坏增 .水资源数苗减步,质茸降低 上多数中纬出陆喧地崖季壹f怕情眦坟其0I起的f。 风随增加(町能) 陆及其它风险增 热带气旋最大 速强度, 均 齄大降水强度增圳t粜 危及人类牛命的风险 感染性流行病肛l加 些地 、可能 }岸侵蚀和岸I)t建筑物与基础建设的破坏增加 沿岸 生态系统如珊瑚黩和红材肄的破坏增 在 涝多发 住 多不同地 El ·事忭有差的早涝加居!i(¨J能) 医,农业生产力下降,在干二旱多发区,承打发电的潜力降 亚洲夏季风降水壶率增埘l I能) 中纬度M暴强度增加 璧 中纬和热带地 的 涝程崖与破坏加剧 q 俞和健康风险增加,贫穷与基础设施损失,沿岸生态 系统破坏加剧 4天气和气候极端事件的适应与减缓对策 2002年世界气象日选择“减低对天气与 气候极端事件的脆弱性”这一主题目的是在 充分认识这些极端事件对社会和囤民经济造 成的负面影响的基础上,加强预防 适应或碱 缓措施,把负面影响或由此造成的自然灾害 减少到最低限度,以保持社会一经济的可持 续性发展。为_『实现这一目标,需要采取以 下三个方面的措施或对策 4.1建立早期的预警系统 建立早期预警系统是减少天气与气候极 端事件灾害最有效的措施之一 。这包括监 测、资料与信息传输和收集、预报或预测、风 险坪估以及制作气候资料集等方面 目前 WMO的世界天气监测网与正在发展的全球 气候观测系统(GCOS)在灾害监测中起着关 键作用 监测系统主要包括约10000个陆地 站,1000个高空探空站,几百个雷达站,每天 提供75000多个观测结果的300多个航空气 象资料和中继系统,7000多个自愿观测船与 布放于办道太平洋的TOGA-TOA浮标阵,6 个极轨卫星和4个地球静止卫星,一个河流 量监测网,近250个监测全球大气化学成分 6一 (温室气体、臭氧和污染物)的全球与区域的 本底观测站 wMO为保证每个国家都能 获得这些资料和收集信息,为灾害警报和制 作及时的天气与气候预报提供了必须的技术 支持 WMO也通过全球电信系统保证了观 测资料和加工产品的及时收集和交换。为 此,3个全球和25个区域专业气象中心提供 天气预报并制作的区域为重点的产品,如热 带气旋、干旱、洪水、森林火灾等。世界天气 研究计划和世界气候研究计划正在为改进和 提高上述极端事件的预报做出贡献j 1970 年,发生在孟加拉国的强热带气旋曾使3O万 人丧生,但在1992年和1994年,由于预报水 平的提高而具有更长的预警时间和具备更有 效的适应对策系统,结果 述两年的死亡人 数分别减少到1.3万人和200人 作为较 长期的预防措施,要加强气候变率和气候变 化的研究,在此基础上改进气候模式,不断提 高气候预测的准确性,尤其E1 Nino预报和 干旱的季节与跨年度预报。目前这方面巳取 得明显进展,不少国家(美国 日本、澳大利 亚 中国等)已发布了试验性的季度和年际预 报 这些气候预测结果对于气候的脆弱性分 维普资讯 http://www.cqvip.com
气象第28卷第3期 析,风险评估以及制定防灾减灾的适应与撼 缓对策是非常 要的: 4.2加强国际合作,发展和实施全球、区域 扣国家级战灾战略 WMO积极参与了国际减灾战略(IS— DR)的实施并已经与其他组织在健康、农业 和林业、水资源管理、人道主义救援 旅游等 领域建立r合作关系 这些组织已针对一系 列与天气气候和水有关的极端事件制定了预 防措施和对策,其中IDCC(政府问气候变化 争门委员会)通过三次气候变化的评估报告 对于天气气候极端事件的变化和预测提供了 大量有益的结果 。在国家级,各国的 国家气象与水文部门也制定或正在制定和实 施类似的国家减灾战略计划。他们在这些计 划中起着l办调和综合决策的关键作用 4.3加强天气气候极端事件变化原因及其 与全球气候变化关系的研究 这些极端事件的系统方法 t4)提高极端事 件模式预测的信度 (5)研究极端事件的可 预报性,包括在多大程度】 E们是可能预测 的,哪螳极端事件,并在何地足需要和町以预 报的 (6)研究预测极端事件的变化列基础 建设计划、设计和相关应用的影响 (7)从观 测和预测方面研究极端事件问题中的主要不 确定性和未来需求。 致{射:怍者参阅了tt·虫电视台科技! 道挛如彬同忐有戈 2002年HP界气象|】主题的中文资料.在此裘 感谢 参考文献 l Houghtotl,J T.Y f)hlg,D』( ng ,M N :gI】 ,P J v越I r Linden,X D .K M已skel【 and C A Job哪CIinmte Change 201】】:The ̄%-_ientiifc Ba s Cambfiage University Press.2011l:881 2 G O P()b l Reducing vulnera litv to Wearher and cli Wu ̄te em WMO 2002 Info ̄nation m讨Pu ic Mfai ̄:o盯l… 3 McCzrthy J J、0 F Canziani.N A L- ̄ty,D J T . K S whL .qimatt-('hmlge 200l:hn 为达到此目的,IP( 第一工作组最近 提出了下列需要进一步研究的科学问题:(1) 改进强天气事件监测的资料集及其分析工 作,从观测上确认这些事件是否增加。为了 在将来检测他们,应建立共同的关于天气与 气候极端事件的指数和指标。(2)了解导致 极端事件的过程,在研究和改进模式或过程 研究中改进对他们的表征和预测方法。(3) 改进模式对强天气事件的模拟,并研究分析 pacts,Adaptation and Vulnerability( n d窨e Urdverai 【v Press.2(Hl1:1000 4 Me[z B,0 I n&son.R Swart and J Pan CIin ̄.te Change 2001:Minigation.( mbtidge University Press. 2001:70O 5 Moss R H and Sek ̄eider.S H U[tcet't2tinties Lnt TARi Rg ̄.2OIIRTIpndatic,is to】cad authors for n2o[e 啪【ass 一印t mtd reportit ̄.2000:48 . 6 R T Watson(ed)Climate Change 2001:S 1h s Re· FOrt Camhnage University P 蟠.2002:I48 Changes in Weather and CIimate Extreme Events and Their Association with the GIobal Warming Ding Yihui Zhang Jin Song Yafang (Nalional Clirna*e Cent ̄y.Beljig 100081)n Abstract The theme for W。r【d Meteorological Days(WMD),2002 is”Reducing vulnerability to weather and climate extremes”In the light of this theme.the following four problems are in general illustrated:(1)definitions of weather aild climate extreme events;(2)changes in weath. er and climate extremes for the pasl 100},ears on the global basis,and their association with g[o— bal climate change;(3)p ection of global weather and climate extreme events for this century-; and(4)adaptation and mitigation response strategy for reducing ̄nalnerability to weather and eli. mate extreme events Due to space 1imitation.studies in this regard nlade by Chinese scientists have not inchided. Key words:Weather and climate extremes vulnerability global climate ch a11ge adaptation and mitigation 7
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